(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性流体を塗布対象物に塗布する塗布部と、
前記塗布部へ供給する粘性流体の供給量を制御する制御部と、
を備える塗布装置であって、
前記制御部は、
粘性流体が導入される導入室と、
前記導入室に導入された粘性流体を排出する排出室と、
前記導入室と前記排出室とを連通する一つの連通路と、
前記導入室側から前記連通路を閉じる第１弁部材と、
前記排出室側から前記連通路を閉じる第２弁部材と、
前記第１弁部材と前記第２弁部材とが設けられる軸部材と、
前記連通路が前記第１弁部材と前記第２弁部材とによって交互に閉じられるように、前記軸部材を駆動する駆動部と、
を備えることを特徴とする塗布装置。
【請求項２】
前記第２弁部材の径は、前記第１弁部材の径よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項３】
前記第２弁部材は、
径が前記第１弁部材の径よりも大きいつば部と、
前記つば部を軸方向に貫通する貫通孔と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の塗布装置。
【請求項４】
前記駆動部は、
圧縮空気が供給される圧縮空気供給室と、
前記圧縮空気供給室に摺動可能に配置されるとともに前記軸部材に接続され、供給された圧縮空気によって前記連通路が前記第１弁部材によって前記導入室側から閉じられる方向、又は、前記連通路が前記第２弁部材によって前記排出室側から閉じられる方向に押圧されるピストンと、
を備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の塗布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は塗布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、塗布対象物に合成樹脂液、塗料等の塗布物を所定の間隔を空けて塗布するためのバルブを備えた塗布装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３８２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生産効率を上げるためには、塗布速度を上げて必要量の塗布物を塗布対象物に完全に塗布するためにかかる時間を短くすることが有効である。
【０００５】
しかしながら、前述した従来の塗布装置では、バルブを開いてから閉じるまでの間に弁体をバルブ内で往復動（２ストローク）させる必要があり、バルブを閉じるときに弁体を引き戻す必要があった。
【０００６】
そのため、塗布速度を上げていくと必然的に弁体を引き戻すまでの時間も短くなってしまうので、弁体を完全に引き出す前（バルブ開度が全開になる前）に弁体が引き戻されてしまい、必要量の塗布物を塗布できなくなるという問題点があった。
【０００７】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、塗布速度を上げても必要量の塗布物を塗布することのできる塗布装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、粘性流体を塗布対象物に塗布する塗布部と、塗布部へ供給する粘性流体の供給量を制御する制御部と、を備える塗布装置である。そして、制御部が、粘性流体が導入される導入室と、導入室に導入された粘性流体を排出する排出室と、導入室と排出室とを連通する一つの連通路と、導入室側から連通路を閉じる第１弁部材と、排出室側から連通路を閉じる第２弁部材と、第１弁部材と第２弁部材とが設けられる軸部材と、連通路が第１弁部材と第２弁部材とによって交互に閉じられるように、軸部材を駆動する駆動部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１弁部材と第２弁部材とが設けられた軸部材を駆動して、導入室と排出室とを連通する連通路を、第１弁部材と第弁２部材とによって交互に閉じることができる。つまり、第１弁部材によって連通路が閉じられた状態からその連通路を開閉するときは、軸部材を排出室側に駆動して第１弁部材によって閉じられていた連通路を開き、そのままさらに軸部材を排出室側に駆動することで連通路を第２弁部材によって閉じることができる。一方、第２弁部材によって連通路が閉じられた状態からその連通路を開閉するときは、軸部材を導入室側に駆動して第２弁部材によって閉じられていた連通路を開き、そのままさらに軸部材を導入室側に駆動することで連通路を第１弁部材によって閉じることができる。
【００１０】
したがって、軸部材を一方向に駆動する（１ストロークさせる）だけで連通路を開閉できるので、塗布速度を上げても必要量の塗布物を塗布することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】リチウムイオン二次電池の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態による電極製造装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態による間欠供給バルブの詳細を示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による間欠供給バルブの詳細を示す断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による間欠供給バルブの詳細を示す断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態による第２弁部材の拡大図である。
【図７】本発明の他の実施形態による間欠供給バルブの詳細を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態による間欠供給バルブの詳細を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、リチウムイオン二次電池１の概略図である。図１（Ａ）はリチウムイオン二次電池１の斜視図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００１４】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、リチウムイオン二次電池１は、蓄電要素２と、蓄電要素２を収容する外装ケース３と、を備える。
【００１５】
蓄電要素２は、正極４、電解質層としてのセパレータ５、及び負極６を順次積層した積層体として構成される。正極４は板状の正極集電体４ａの両面に正極層４ｂを有しており、負極６は板状の負極集電体６ａの両面に負極層６ｂを有している。なお、蓄電要素２の最外層に配置される正極４については、正極集電体４ａの片面にのみ正極層４ｂが形成される。
【００１６】
隣接する正極４、セパレータ５、及び負極６が一つの単位電池７を構成しており、リチウムイオン電池１は積層された複数の単位電池７をそれぞれ電気的に並列接続して構成される。
【００１７】
外装ケース３は、アルミニウム等の金属をポリプロピレンフィルム等の絶縁体で被覆した高分子−金属複合ラミネートフィルムのシート材からなる。外装ケース３は、蓄電要素２を収納した状態で、ケース外周部が熱融着によって接合される。この外装ケース３には、蓄電要素２からの電力を外部に取り出すため、外部端子としての正極タブ８及び負極タブ９が設けられる。
【００１８】
正極タブ８の一端は外装ケース３の外側に配置され、正極タブ８の他端は外装ケース３の内部で各正極集電体４ａの集合部に接続される。負極タブ９の一端は外装ケース３の外側に配置され、負極タブ９の他端は外装ケース３の内部で各負極集電体６ａの集合部に接続される。
【００１９】
次に、電極（正極４又は負極６）の一般的な製造方法について簡単に説明する。
【００２０】
一般的に電極は、電極材と溶媒とを混練させたスラリー状の電極混練物を所定の間隔を空けて集電体（正極集電体４ａ又は負極集電体６ａ）に塗布する塗布工程の後に、電極混練物の溶媒を揮発させて固形分１００％の電極層（正極層４ｂ又は負極層６ｂ）を形成する乾燥工程などを経て製造される。塗布工程においては、電極混練物の供給経路等に設けた間欠供給バルブを開閉することで、電極混練物を所定の間隔を空けて集電体に塗布している。
【００２１】
ここでリチウムイオン二次電池１の生産効率を上げるためには、前述した各工程に要する時間を短縮することが有効である。そこで本実施形態では、塗布工程における電極混練物の塗布速度を上げることで、塗布工程に要する時間を短縮する。以下、本実施形態による電極製造装置１００について説明する。
【００２２】
図２は、リチウムイオン電池１の電極製造時に使用する本実施形態による電極製造装置１００の概略構成図である。
【００２３】
電極製造装置１００は、搬送装置１０と、混練装置２０と、塗布装置３０と、乾燥装置４０と、を備える。
【００２４】
電極製造装置１００は、搬送装置１０によって搬送される金属箔１４の表面に、混練装置２０で混練した電極混練物２１を塗布装置３０によって塗布し、乾燥装置４０によって電極混練物２１を乾燥させて電極を製造する装置である。
【００２５】
以下、電極製造装置１００を構成する各装置について詳しく説明する。
【００２６】
搬送装置１０は、引取ロール１１と、巻取ロール１２と、サポートロール１３と、を備える。搬送装置１０は、ロールトゥロール方式によって正極集電体４ａ又は負極集電体６ａとなる薄い膜状の金属箔１４（厚さ１０［μｍ］〜４０［μｍ］）を引取ロール１１から巻取ロール１２へと搬送する。
【００２７】
本実施形態では、正極４を製造する場合には正極集電体４ａとなる金属箔１４としてアルミニウム箔を使用し、負極６を製造する場合には負極集電体６ａとなる金属箔１４として銅箔を使用するが、これに限られるものではない。
【００２８】
引取ロール１１には、金属箔１４が巻かれる。引取ロール１１は制動機構１５を備えており、この制動機構１５によって引取ロール１１の回転が適宜規制され、金属箔１４に所定の張力が付与される。
【００２９】
巻取ロール１２は、駆動モータ１６によって回転駆動され、引取ロール１１から引き取った金属箔１４を巻き取る。
【００３０】
サポートロール１３は、引取ロール１１と巻取ロール１２との間の金属箔搬送経路に複数設けられ、搬送中の金属箔１４の下面を保持する。
【００３１】
混練装置２０は二軸混練機であり、電極材を溶媒中で均一に分散させてスラリー状の電極混練物２１を製造する装置である。混練装置２０は二軸混練機に限られるものではなく、例えば遊星式ミキサやニーダを用いても良い。
【００３２】
電極混練物２１には、正極４を製造する場合に製造される正極混練物と、負極６を製造する場合に製造される負極混練物と、がある。
【００３３】
正極混練物を製造する場合は、混練装置２０に電極材としての正極活物質、導電助剤、及びバインダ（結着剤）が投入され、これらが溶媒中で均一に分散させられる。負極混練物を製造する場合は、混練装置２０に電極材としての負極活物質、導電助剤、及びバインダが投入され、これらが溶媒中で均一に分散させられる。
【００３４】
正極活物質は、リチウム金属酸化物などのリチウムイオンを吸蔵・放出する物質である。本実施形態では、正極活物質としてマンガン酸リチウムを使用する。
【００３５】
負極活物質は、リチウム金属酸化物やハードカーボン、グラファイトなどのリチウムイオンを放出・吸蔵する物質である。本実施形態では、負極活物質としてハードカーボンを使用する。
【００３６】
導電助剤は、カーボン材料（カーボン粉末やカーボンファイバ）などの導電性を高める物質である。カーボン粉末としては、アセチレンブラック、ファーネスブラック、及びケッチェンブラックなどの種々のカーボンブラックや、グラファイト粉末を使用することができる。本実施形態では、正極混練物を製造する場合も負極混練物を製造する場合も共に、導電助剤としてカーボンブラックを使用する。
【００３７】
バインダは、活物質微粒子同士を結び付ける物質である。本実施形態では、正極混練物を製造する場合も負極混練物を製造する場合も共に、バインダとしてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を使用するが、これに限られるものではない。
【００３８】
溶媒は、電極材を溶かす液体である。本実施形態では、正極混練物を製造する場合も負極混練物を製造する場合も共に、溶媒としてＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を使用するが、これに限られるものではない。
【００３９】
塗布装置３０は、混練装置２０で製造された電極混練物２１を金属箔１４の表面に塗布する装置であって、供給配管３１と、モーノポンプ３２と、フィルタ３３と、間欠供給バルブ５０と、スリットダイ３４と、回収配管３５と、回収バルブ３６と、を備える。
【００４０】
供給配管３１は、一端が混練装置２０の下方に接続され、他端がスリットダイ３４に接続される配管である。
【００４１】
モーノポンプ３２は、供給配管３１に設けられ、混練装置２０で製造された電極混練物２１を供給配管３１を介して間欠供給バルブ５０へ圧送する。本実施形態では、モーノポンプ３２によって電極混練物を０．１［ＭＰａ（メガパスカル）］から０．２［ＭＰａ］程度の圧力で圧送している。
【００４２】
フィルタ３３は、モーノポンプ３２よりも下流の供給配管３１に設けられ、電極混練物２１に混入したゴミや塵、埃などのコンタミを取り除く。
【００４３】
間欠供給バルブ５０は、スリットダイ３４の近傍の供給配管３１に設けられ、所定の間隔で開閉が行われるバルブである。間欠供給バルブ５０の詳細な構成については、図３を参照して詳述する。
【００４４】
スリットダイ３４は、間欠供給バルブ５０から所定の間隔を空けて圧送されてきた電極混練物２１を、先端部に形成されたスリット３４１から押し出して搬送途中の金属箔１４の表面に塗布する。スリットダイ３４は、金属箔１４の搬送方向と直角に電極混練物２１を押し出して塗布する。
【００４５】
回収配管３５は、一端がフィルタ３３と間欠供給バルブ５０との間の供給配管３１に接続され、他端が混練装置２０の上方に接続される配管である。
【００４６】
回収バルブ３６は、供給配管３１と回収配管３５との接続部に設けられる。回収バルブ３６が開かれていれば、モーノポンプ３２から圧送された電極混練物２１は、回収配管３５を介して混練装置２０に戻される。一方で、回収バルブ３６が閉じていれば、モーノポンプ３２から圧送された電極混練物２１は、供給配管３１を介して間欠供給バルブ５０に供給される。
【００４７】
乾燥装置４０は例えば熱風乾燥炉であり、金属箔搬送経路に設けられる。乾燥装置４０は、装置内の温度を所定温度に保ちつつ電極混練物２１に熱風を吹き付け、電極混練物２１に含まれる溶媒を揮発させて固形分１００％の電極層２２を形成する。
【００４８】
図３は、本実施形態による間欠供給バルブ５０の断面図である。
【００４９】
間欠供給バルブ５０は、内部に導入室５１、排出室５２、及び圧縮空気供給室５３が区画形成された筒状の筐体５４と、筐体５４の内部を筐体５４の軸方向に往復移動する開閉弁５５と、を備える。
【００５０】
導入室５１には、モーノポンプ３２によって圧送されて供給配管３１を流れてきた電極混練物２１が導入される。導入室５１に電極混練物２１を導入するために、筐体５４には導入室５１に開口するとともにモーノポンプ側の供給配管３１ａに接続される導入ポート５４ａが形成される。
【００５１】
排出室５２は、導入室５１と排出室５２とを区画する弁座５６を介して導入室５１に隣接するように形成される。排出室５２は、弁座５６の中央部に形成された連通孔５６ａを介して導入室５１と連通する。排出室５２には、導入室５１に導入された電極混練物２１が連通孔５６ａを通って導入される。筐体５４には、排出室５２に開口するとともにスリットダイ側の供給配管３１ｂに接続される排出ポート５４ｂが形成されており、排出室５２に導入された電極混練物２１は、この排出ポート５４ｂから排出されてスリットダイ３４に供給される。
【００５２】
圧縮空気供給室５３は、導入室５１の図中下方に形成される。圧縮空気供給室５３には、開閉弁５５を軸方向に往復移動させるための圧縮空気が供給される。圧縮空気の供給・排出ポートとして、筐体５４には圧縮空気供給室５３に開口する第１ポート５４ｃ及び第２ポート５４ｄが形成される。
【００５３】
開閉弁５５は、圧縮空気供給室５３に配置されるピストン５５１と、導入室５１に配置される第１弁部材５５２と、排出室５２に配置される第２弁部材５５３と、ピストン５５１、第１弁部材５５２、及び第２弁部材５５３を接続するシャフト５５４と、を備える。開閉弁５５は、第１弁部材５５２及び第２弁部材５５３によって連通孔５６ａを交互に開閉することで排出室５２から排出される電極混練物２１の流量を調整する。
【００５４】
ピストン５５１は、圧縮空気供給室５３の内径に略一致する外径を有する。ピストン５５１は、第１ポート５４ｃから圧縮空気供給室５３に圧縮空気が供給されたときに、圧縮空気によって図中下方に押圧されて移動し、これにより開閉弁５５が全体として図中下方に移動する。一方、ピストン５５１は、第２ポート５４ｄから圧縮空気供給室５３に圧縮空気が供給されたときに、圧縮空気によって図中上方に押圧されて移動し、これにより開閉弁５５が全体として図中上方に移動する。
【００５５】
第１弁部材５５２は、上端側から下端側に向かって徐々に径が拡がる円錐形状の部材である。第１弁部材５５２は、開閉弁５５が図中上方に移動したときに、側面５５２ａを弁座５６に当接させて連通孔５６ａを閉じる。
【００５６】
第２弁部材５５３は、弁座５６を介して第１弁部材５５２と対向するように設けられる。第２弁部材５５３は、上端側から下端側に向かって徐々に径が狭くなる円錐形状の部材である。第２弁部材５５３は、開閉弁５５が図中下方に移動したときに、側面５５３ａを弁座５６に当接させて連通孔５６ａを閉じる。
【００５７】
次に引き続き図３を参照して本実施形態による間欠供給バルブ５０の作用について説明する。
【００５８】
第１ポート５４ｃから圧縮空気供給室５３に圧縮空気が供給されていて、連通孔５６ａが第２弁部材５５３によって閉じられている状態を初期状態とする。
【００５９】
初期状態から第２ポート５４ｄを介して圧縮空気供給室５３に圧縮空気が供給されると、ピストン５５１が圧縮空気によって図中上方に押圧され、開閉弁５５が全体として図中上方に移動する。
【００６０】
これにより、第１弁部材５５２の側面５５２ａが弁座５６に当接するまでは連通孔５６ａが開かれた状態となる。この状態のときに導入室５１に導入されていた電極混練物２１が連通孔５６ａを通って排出室５２に導入され、排出ポート５４ｂを介してスリットダイ３４へ供給される。その後、第１弁部材５５２のテーパ面５５２ａが弁座５６に当接して連通孔５６ａが第１弁部材５５２によって閉じられると、排出室５２への電極混練物２１の導入が停止されて、スリットダイ３４への電極混練物２１の供給も停止される。
【００６１】
そして、次にスリットダイ３４へ電極混練物２１を供給するときは、第１ポート５４ｃから圧縮空気供給室５３に圧縮空気を供給し、開閉弁５５を図中下方に移動させる。
【００６２】
これにより、第２弁部材５５３の側面５５３ａが弁座５６に当接するまでは連通孔５６ａが開かれた状態となって、導入室５１に導入されていた電極混練物２１が連通孔５６ａを通って排出室５２に導入され、排出ポート５４ｂを介してスリットダイ３４へ供給される。その後、第２弁部材５５３の側面５５３ａが弁座５６に当接して連通孔５６ａが第２弁部材５５３によって閉じられると、排出室５２への電極混練物２１の導入が停止されて、スリットダイ３４への電極混練物２１の供給も停止される。
【００６３】
このように、本実施形態によれば、第１弁部材５５２と第２弁部材５５３とを弁座５６を介して対向するように設け、連通路５６ａを第１弁部材５５２と第２弁部材５５３とによって交互に閉じることとした。これにより、開閉弁５５を軸方向の上方又は下方の一方に移動（１ストローク）させるだけで連通孔５６ａを開閉することができる。そのため、連通孔５６ａを開いてから閉じるまでの間に、必ずバルブ開度が全開となる状態を経由させることができる。
【００６４】
したがって、塗布工程において電極混練物２１の塗布速度を上げても必要量の電極混練物２１を排出することができるので、リチウムイオン二次電池１の生産効率を上げることができる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本発明の第２実施形態は、第２弁部材５５３の形状が第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【００６６】
図４は、本実施形態による間欠供給バルブ５０の断面図である。
【００６７】
図４に示すように、本実施形態では、第２弁部材５５３の径の大きさを第１弁部材５５２の径よりも大きくした。このように、第２弁部材５５３の径を大きくすることで、第２弁部材５５３で連通孔５６ａを閉じるときに、間欠供給バルブ５０から排出された電極混練物２１を引き戻し易くして、負圧を発生させやすくすることができる。そのため、閉弁後に余分な電極混練物２１がスリットダイ３４から吐出されるのを抑制でき、塗布終了時の吐出量を安定させることができる。
【００６８】
以上説明した本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られるほか、第２弁部材５５３の径を大きくした。これにより、第２弁部材５５３で連通孔５６ａを閉じるときに、間欠供給バルブ５０から排出された吐出した電極混練物２１を引き戻し易くすることができ、塗布終了時の吐出量を安定させることができる。そのため、塗布された電極混練物２１の終端部のキレ性（見切り形状の直線性）を向上させることができる。
【００６９】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本発明の第３実施形態は、第２弁部材５５３の形状が第２実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。
【００７０】
図５は、本実施形態による間欠供給バルブ５０の断面図である。
【００７１】
図５に示すように、本実施形態による間欠供給バルブ５０の第２弁部材５５３は、その上端に第１弁部材５５２の下端側の径よりも大きいつば部５５３ｂを備える。つば部５５３ｂを備えることで、第２実施形態と同様に第２弁部材５５３で連通孔５６ａを閉じるときに負圧を発生させやすくできるので、塗布終了時の吐出量を安定させることができる。
【００７２】
しかしながら、径を大きくすることで、連通孔５６ａを通って排出室５２に導入されてくる電極混練物２１の圧力を受けやすくなるので、第２弁部材５５３が弁座側に戻りにくくなる。そこで本実施形態では、つば部５５３ｂに複数の貫通孔５５３ｃを設けた。
【００７３】
図６は、第２弁部材５５３の拡大図である。図６（Ａ）は、第２弁部材５５３の拡大断面図であり、図６（Ｂ）は、第２弁部材５５３の底面図である。
【００７４】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、つば部５５３ｂには、４つの貫通孔５５３ｃが周方向に所定の間隔を空けて形成される。このようにすることで、第２弁部材５５３で連通孔５６ａを閉じるときに、電極混練物２１を貫通孔５５３ｃに通すことができるので、つば部５５３ｂが電極混練物２１のから受ける圧力を低減させることできる。したがって、第２弁部材５５３を弁座側に戻しやすくすることができる。
【００７５】
以上説明した本実施形態によれば、第２実施形態と同様の効果が得られるほか、つば部５５３ｂに貫通孔５５３ｃを設けることで、第２弁部材５５３を弁座側に戻しやすくすることができる。
【００７６】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００７７】
例えば、図７に示すように、貫通孔５６ａ、第１弁部材５５２、及び第２弁部材５５３の径を適宜調整することで、吐出量を変更することできる。また、図８に示すように、第１弁部材５５２と第２弁部材５５３との間隔を適宜調整することで、吐出時間を変更することができる。
【符号の説明】
【００７８】
３４    スリットダイ（塗布部）
５０    間欠供給バルブ５０（制御部）
５１    導入室
５２    排出室
５３    圧縮空気供給室（駆動部）
５６ａ  連通路
５５１    ピストン（駆動部）
５５２    第１弁部材
５５３    第２弁部材
５５４    シャフト（軸部材）
【図１】
0005691379.tif 000002
【図２】
0005691379.tif 000003
【図３】
0005691379.tif 000004
【図４】
0005691379.tif 000005
【図５】
0005691379.tif 000006
【図６】
0005691379.tif 000007
【図７】
0005691379.tif 000008
【図８】
0005691379.tif 000009